第37卷
第3期
化工机械
内压作用下椭圆管道应力及极限载荷数值分析
万先平**
蒋诚航全志江陈坡王晓芳（浙江大学化工机城研究所）
摘要采用有限元方法分析含摘围度的管道在内压作用下的应力分市和塑性极限载待，考察不网糖固度、壁厚以及管径条件下，管道应力分布和极限载荷值的变化。结果表明，含精围度管道的最大应力随精围度的增大而迅速增大，管道极限载荷值随摘度增大而线性减小，桶围度、型厚及管径对管道的安全性有很大影响。
关键调压力管遂辨圆度极限载荷应力分析有限元
中图分类号TQ055.8
文献标识码A
管道的安全评定在工业生产过程中是非常重要的。压力管道大都采用韧性较好的材料，其失效模式通常为由极限载荷控制的塑性失效]，已有不少研究人员提出了压力曾道极限承载能力的计算方法(2,3]，以便获取管道的极限载荷，也为管道失效的判定提供了依据。与阅管相比，在制造、安装方面，圆形管道的难度较大，而在相同工况条件下，摘圆形管道的安全使用寿命要比圆管短【4]。目前.很多工业部门都要用到椭圆形截面管道，如电力、石油及化工部门等3)。此外，工业压力管道在制造或使用过程中也会产生一定的棚圆度(°)。
笔者采用有限元分析方法，对含椭阅度的工
业压力管道进行线弹性的应力分析及非线性的极
限载荷计算分析。有限元模型 1
1.1椭圆管道模型
笔者所研究的橘圆管道是指管段的内外径间心，形成壁厚相同的椭圆截面的管道（图1），设椭圆外径最大尺寸为D...、最小尺寸为D.，椭圆度 e的计算式[]为：
e=2(D...D..)/(D...+D...)×100%
*浙江省科技计划重点科研工业项目（2007C21069）。
文章编号
0254-6094(2010)03-0331-04
D.
图1管道椭圆度模型
1.2
管道有限元模型
331
因管段相对于通过管道轴线的平面对称，相
对垂直于管道轴线的平面也对称，故此处取管道的1/4建立模型（图2），为避免管段端部效应的影响，管段的长度取管径的3倍左右。该模型包含有46207个节点和19440个单元。利用AN SYS有限元软件，采用SOLID45单元，20号钢材料属性根据真实应力-应变曲线确定，弹性模量E
=210GPa，泊松比v=0.3。 1.3载荷与约束
在管段内壁施加均布内压，约束管道一端节点处的全部自由度，称其为固定端，而另一端不加约束，称为自由端；在管道中心对称面上施加对称约束。同时为了模拟管道端部封闭的情况，将轴向压
**万先平，女，1987年8月生，硕士研究生，浙江省杭州市，310027。万方数据